リケラボ論文検索は、全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索できる論文検索サービスです。

リケラボ 全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索するならリケラボ論文検索大学・研究所にある論文を検索できる

リケラボ 全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索するならリケラボ論文検索大学・研究所にある論文を検索できる

大学・研究所にある論文を検索できる 「Theory of exciton thermal radiation in semiconducting single-walled carbon nanotubes」の論文概要。リケラボ論文検索は、全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索できる論文検索サービスです。

コピーが完了しました

URLをコピーしました

論文の公開元へ論文の公開元へ
書き出し

Theory of exciton thermal radiation in semiconducting single-walled carbon nanotubes

Konabe, Satoru Nishihara, Taishi Miyauchi, Yuhei 京都大学 DOI:10.1364/ol.430011

2021.07

概要

Spectral control of thermal radiation is an essential strategy for highly efficient and functional utilization of thermal radiation energy. Among the various proposed methods, quantum confinement in low-dimensional materials is promising because of its inherent ability to emit narrowband thermal radiation. Here, we theoretically investigate thermal radiation from one-dimensional (1D) semiconductors characterized by the strong quantum correlation effect due to the Coulomb interaction. We derive a simple and useful formula for the emissivity, which is then used to calculate the thermal radiation spectrum of semiconducting single-walled carbon nanotubes as a representative of 1D semiconductors. The calculations show that the exciton state, which is an electron–hole pair mutually bound by the Coulomb interaction, causes enhancement of the radiation spectrum peak and significant narrowing of its linewidth in the near-infrared wavelength range. The theory developed here will be a firm foundation for exciton thermal radiation in 1D semiconductors, which is expected to lead to new energy harvesting technologies.

この論文で使われている画像

参考文献

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

M. Planck, Ann. Phys.309, 553 (1901).

G. Kirchhoff, Philos. Mag. Ser.20(20), 1 (1860).

W. Li and S. Fan, Opt. Express26, 15995 (2018).

D. G. Baranov, Y. Xiao, I. A. Nechepurenko, A. Alù, and M. A. Kats,

Nat. Mater.18, 920 (2019).

E. Rephaeli and S. Fan, Opt. Express17, 15145 (2009).

A. Datas and A. Mart, Solar Energy Mater. Sol. Cells 161, 285 (2017).

A. Lenert, D. M. Bierman, Y. Nam, W. R. Chan, I. Celanovic, M.

ˇ c,

´ and E. N. Wang, Nat. Nanotechnol.9, 126 (2014).

Soljaci

D. M. Bierman, A. Lenert, W. R. Chan, B. Bhatia, I. Celanovic, M.

ˇ c,

´ and E. N. Wang, Nat. Energy1, 16068 (2016).

Soljaci

A. Kohiyama, M. Shimizu, and H. Yugami, Appl. Phys. Express9,

112302 (2016).

D. N. Woolf, E. A. Kadlec, D. Bethke, A. D. Grine, J. J. Nogan, J. G.

Cederberg, D. B. Burckel, T. S. Luk, E. A. Shaner, and J. M. Hensley,

Optica 5, 213 (2018).

S. Molesky, C. J. Dewalt, and Z. Jacob, Opt. Express21, A96 (2013).

D. Woolf, J. Hensley, J. G. Cederberg, D. T. Bethke, A. D. Grine, and

E. A. Shaner, Appl. Phys. Lett.105, 081110 (2014).

P. N. Dyachenko, S. Molesky, A. Y. Petrov, M. Störmer, T. Krekeler,

S. Lang, M. Ritter, Z. Jacob, and M. Eich, Nat. Commun.7, 11809

(2016).

S. Maruyama, T. Kashiwa, H. Yugami, and M. Esashi, Appl. Phys.

Lett.79, 1393 (2001).

F. Kusunoki, T. Kohama, T. Hiroshima, S. Fukumoto, J. Takahara, and

T. Kobayashi, Jpn. J. Appl. Phys.43, 5253 (2004).

Y. X. Yeng, M. Ghebrebrhan, P. Bermel, W. R. Chan, J. D.

ˇ c,

´ and I. Celanovic, Proc. Natl. Acad. Sci.

Joannopoulos, M. Soljaci

USA109, 2280 (2012).

K. A. Arpin, M. D. Losego, A. N. Cloud, H. Ning, J. Mallek, N. P.

Sergeant, L. Zhu, Z. Yu, B. Kalanyan, G. N. Parsons, G. S. Girolami,

J. R. Abelson, S. Fan, and P. V. Braun, Nat. Commun.4, 2630 (2013).

18. T. Asano, M. Suemitsu, K. Hashimoto, M. De Zoysa, T. Shibahara, T.

Tsutsumi, and S. Noda, Sci. Adv. 2, e1600499 (2016).

19. M. Suemitsu, T. Asano, M. De Zoysa, and S. Noda, Appl. Phys.

Lett.112, 011103 (2018).

20. M. Suemitsu, T. Asano, T. Inoue, and S. Noda, ACS Photon.7, 80

(2020).

21. J. C. Cuevas and F. J. Garcia-Vidal, ACS Photon.5, 3896 (2018).

22. Y. Guo, C. L. Cortes, S. Molesky, and Z. Jacob, Appl. Phys. Lett.101,

131106 (2012).

23. K. Isobe, D. Hirashima, and K. Hanamura, Int. J. Heat Mass

Transfer115, 467 (2017).

24. A. Fiorino, L. Zhu, D. Thompson, R. Mittapally, P. Reddy, and E.

Meyhofer, Nat. Nanotechnol.13, 806 (2018).

25. T. Inoue, T. Koyama, D. D. Kang, K. Ikeda, T. Asano, and S. Noda,

Nano Lett.19, 3948 (2019).

26. R. Sakakibara, V. Stelmakh, W. R. Chan, M. Ghebrebrhan, J. D.

ˇ c,

´ and I. Celanovic, J. Photon. Energy9, 1

Joannopoulos, M. Soljaci

(2019).

27. N. Nakagawa, H. Ohtsubo, Y. Waku, and H. Yugami, J. Eur. Ceram.

Soc.25, 1285 (2005).

28. A. Manor, N. Kruger, T. Sabapathy, and C. Rotschild, Nat.

Commun.7, 510 (2016).

29. G. Torsello, M. Lomascolo, A. Licciulli, D. Diso, S. Tundo, and M.

Mazzer, Nat. Mater.3, 632 (2004).

30. H. Demiryont and D. Moorehead, Solar Energy Mater. Sol. Cells 93,

2075 (2009).

31. B. Zhao, M. Hu, X. Ao, N. Chen, and G. Pei, Appl. Energy236, 489

(2019).

32. X. Lu, P. Xu, H. Wang, T. Yang, and J. Hou, Renew. Sustain. Energy

Rev.65, 1079 (2016).

33. P. C. Hsu, A. Y. Song, P. B. Catrysse, C. Liu, Y. Peng, J. Xie, S. Fan,

and Y. Cui, Science 353, 1019 (2016).

34. X. A. Zhang, S. Yu, B. Xu, M. Li, Z. Peng, Y. Wang, S. Deng, X. Wu, Z.

Wu, M. Ouyang, and Y. Wang, Science 363, 619 (2019).

35. W. Shockley and H. J. Queisser, J. Appl. Phys.32, 510 (1961).

36. X. Liu, T. Tyler, T. Starr, A. F. Starr, N. M. Jokerst, and W. J. Padilla,

Phys. Rev. Lett.107, 045901 (2011).

37. T. Nishihara, A. Takakura, Y. Miyauchi, and K. Itami, Nat. Commun.9,

3144 (2019).

38. T. Ando, J. Phys. Soc. Jpn.66, 1066 (1997).

39. F. Wang, G. Dukovic, L. E. Brus, and T. F. Heinz, Science 308, 838

(2005).

40. J. Maultzsch, R. Pomraenke, S. Reich, E. Chang, D. Prezzi, A. Ruini,

E. Molinari, M. S. Strano, C. Thomsen, and C. Lienau, Phys. Rev. B72,

6680 (2005).

41. F. Yao, C. Liu, C. Chen, S. Zhang, Q. Zhao, F. Xiao, M. Wu, J. Li, P.

Gao, J. Zhao, X. Bai, S. Maruyama, D. Yu, E. Wang, Z. Sun, J. Zhang,

F. Wang, and K. Liu, Nat. Commun.9, 3387 (2018).

42. K. M. Liew, C. H. Wong, X. Q. He, and M. J. Tan, Phys. Rev. B71,

075424 (2005).

43. M. Krüger, G. Bimonte, T. Emig, and M. Kardar, Phys. Rev. B86,

115423 (2012).

44. S. M. Rytov, Y. A. Kravtsov, and V. I. Tatarskii, Principles of Statistical

Radiophysics (Springer-Verlag, 1989), Vol. 3.

45. S. J. Rahi, T. Emig, N. Graham, R. L. Jaffe, and M. Kardar, Phys. Rev.

D80, 085021 (2009).

46. E. Noruzifar, T. Emig, and R. Zandi, Phys. Rev. A84, 39 (2011).

47. M. Krüger, T. Emig, and M. Kardar, Phys. Rev. Lett.106, 210404

(2011).

48. V. A. Golyk, M. Krüger, and M. Kardar, Phys. Rev. E85, 046603

(2012).

49. V. Perebeinos, J. Tersoff, and P. Avouris, Phys. Rev. Lett.92, 257402

(2004).

50. C. D. Spataru, S. Ismail-Beigi, L. X. Benedict, and S. G. Louie, Phys.

Rev. Lett.92, 077402 (2004).

51. J. Jiang, R. Saito, G. G. Samsonidze, A. Jorio, S. G. Chou, G.

Dresselhaus, and M. S. Dresselhaus, Phys. Rev. B75, 035407 (2007).

52. T. Ogawa and T. Takagahara, Phys. Rev. B44, 8138 (1991).

53. R. Nair, P. Blake, A. N. Grigorenko, K. S. Novoselov, T. J. Booth, T.

Stauber, N. M. R. Peres, and A. K. Geim, Science 320, 1308 (2008).

...

参考文献をもっと見る